机器人广泛应用于国民生产中,其性能的高低直接影响产品质量和生产效率。然而,在机器人的工作过程中,不可避免地与外界环境发生碰撞。碰撞会严重影响机器人系统的稳定性和动力学性能,同时,系统和目标物也会因较大的冲击作用而损坏。因此,碰撞问题是机器人学研究中的重要课题,具有重要的理论和应用价值。本文以机器人工作过程中的碰撞问题为研究对象,主要进行了如下方面的研究:首先,基于Lagrange方程建立机器人系统的碰撞动力学模型,并结合经典碰撞理论与恢复系数方程,推导出碰撞时系统的外部冲量求解模型。在此基础上,提出了冲击运动映射矩阵的概念,并以此为基础构造机器人的冲击运动性能评价指标,用以评价系统在外部冲击作用下保持运动稳定性的能力。仿真分析机器人的结构参数对其运动稳定性的影响,以选取合理的机构设计参数。其次,在外部冲量求解模型的基础上,运用Newton-Euler方程,对单个构件进行受力分析,建立串联机器人系统关节处的内部冲量模型;对并联机器人进行关节虚切,以切断关节处的冲量为单个支链的外部冲量,建立并联机器人系统关节处的内部冲量模型。仿真分析构件参数对内部冲击的影响。最后,为减小工作过程中冲击作用的影响,对机器人的运动轨迹进行优化。根据工况不同,将串联机器人碰撞问题分为定点碰撞和动点碰撞。对于定点碰撞则需优化其碰撞时的位姿,动点碰撞问题则运用Jacobian矩阵的零空间进行关节空间优化。并联机器人采用门型运动轨迹,用回旋线作为直线和圆弧之间的过渡曲线,以减小运行时的加速度,从而减小并联机器人的内部冲击。